Samenstelling en werkingsprincipe van PEM -waterstofproductie Elektrolyzer

Protonuitwisseling membraan (PEM) waterelektrolyseTechnologie heeft de voordelen van een laag DC -stroomverbruik, hoge stroomdichtheid, klein elektrolyzervolume, hoge bedrijfsdruk en differentiële drukoperatie, breed vermogensaanpassingsbereik, enz. Het heeft een goed aanpassingsvermogen aan windenergie en fotovoltaïsche kracht met grote fluctuaties en heeft zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld.

DePEM -elektrolyzeris het kerngedeelte van het PEM -water -elektrolyse waterstofproductieapparaat. De belangrijkste componenten omvatten compressieplaten, bipolaire platen, gasdiffusielagen, anodes en kathoden, enmembraanelektrode -assemblages（MEA）. Door de materialen en functies van de componenten in de PEM-elektrolyzer te begrijpen, kunnen we ons begrip van deze geavanceerde technologie en zijn rol op het gebied van schone energie verdiepen.

Samenstelling vanPEM -elektrolyzer

De namen van de componenten van PEM -elektrolyzer van boven naar beneden zijn:

Bout, compressieplaat, isolatielaag,bipolaire plaat, isolatie rubberen ring, titanium mesh (2 lagen),titanium vilt, membraanelektrode, titanium vilt, titanium mesh (2 lagen), isolatierubberring, elektrodeplaat, isolatielaag, compressieplaat

1.Compression -plaat

De compressieplaat is gemaakt van aluminiumlegering en wordt gebruikt om de gehele elektrolyzer te repareren.

2. INSULATIE Rubberen ring

De volgende onder de drukplaat is de isolatierubberring, die isolatie- en afdichteigenschappen heeft.

3. Bipolaire plaat (BPP)

De bipolaire plaat (BPP) is een platte separator (met een metalen gaas of schermlaminaat of een dikke metalen separator met geëtste stroomveldkanalen) die wordt gebruikt om de voedingsspanning te matchen door meerdere elektrolytische celeenheden in serie te stapelen. Scheiden aangrenzende eenheden en maak elektronische verbindingen. Het moet een lage weerstand en hoge mechanische en chemische stabiliteit, vloeistofverdeling en hoge thermische geleidbaarheid hebben, omdat het ook helpt bij het bevorderen van warmteoverdracht.

Titanium wordt over het algemeen beschouwd als een ultramodern materiaal vanwege de uitstekende sterkte, lage weerstand, hoge thermische geleidbaarheid en lage waterstofpermeabiliteit. Titanium is echter vatbaar voor corrosie, vooral aan de anodezijde, waar het potentieel de 2V kan overschrijden, wat resulteert in oppervlakteoxide -accumulatie, wat de contactweerstand verhoogt en de thermische geleidbaarheid vermindert. Om dit te voorkomen, kan een dunne platina -coating worden toegepast om de weerstand van het oppervlak te verminderen.

4. Silicone Ring

Dit is een siliconenring met afdichtings- en vloeistoftransporteigenschappen.

5.Gas Diffusion Layer (GDL)

De gasdiffusielaag, of stroomcollector GDL of PTL, werkt als een elektronische geleider tussen de MEA en de BPP, waardoor effectieve massaoverdracht van vloeistof en gas tussen de elektrode en de BPP wordt gewaarborgd.

Bij de anode wordt vloeibaar water getransporteerd van de kanalen van de BPP via de huidige collector naar de katalysatorlaag op het membraan, waar water wordt ontleed in zuurstof en protonen, en de hier geproduceerde zuurstof diffundeert in het stroomkanaal in de tegenovergestelde richting door de huidige collector.

Bij de kathode worden vloeibaar water en waterstof van het membraan getransporteerd naar de kanalen van de BPP via de huidige verzamelaar. Elektronen starten vanaf de katalysatorlaag aan de anodezijde, passeren door de huidige collector en BPP en bereiken vervolgens de kathodezijde. In PEM -elektrolyzers moeten andere materialen worden gebruikt omdat het anodepotentieel hoog genoeg is om koolstofmaterialen te oxideren. Titanium is meestal de keuze van de huidige collector van de anode.

6.Membraan -elektrode -assemblage (MEA)

MEA bestaat uit een proton-geleidend membraan, dat is bedekt met poreuze elektrokatalysatorlagen op zowel de anode- als de kathodezijden. Het is de kerncomponent van de elektrolyzer. Water wordt ontleed in gasvormige waterstof en zuurstof onder werking van elektrische stroom. Bij de anode wordt water geoxideerd in zuurstof en protonen. De gehydrateerde protonen migreren vervolgens naar de kathode. Elektronen stromen naar de kathode door een extern circuit.

Bij de kathode krijgen protonen elektronen en worden gereduceerd tot waterstof. Iridiumoxide wordt over het algemeen beschouwd als de meest geavanceerde katalysator in PEM -waterelektrolyse. Onder enkele overgangsoxiden heeft RUO2 de hoogste OER -activiteit, maar is onstabiel onder elektrolyzeromstandigheden. IRO2 is iets minder actief dan RUO2, maar heeft het voordeel van hogere corrosieweerstand.

Werkprincipe van PEM -elektrolyzer

Water komt de bipolaire plaat uit de waterinlaat, komt vervolgens de gasdiffusielaag binnen en komt uiteindelijk het protonuitwisselingsmembraan binnen. Door stroom en spanning in te voeren, wordt water ontleed in protonen H+ en twee O2- door contact op te nemen met het protonuitwisselingsmembraan van de elektrode. O2- verliest elektronen e- om O2 te vormen.

De verloren elektronen bereiken de kathode door het circuit en H+ bereikt de kathode door het protonmembraan, waar het combineert met elektronen om H2 te vormen.

De anode produceert zuurstof en de kathode produceert waterstof. De zuurstof die bij de anode wordt geproduceerd, wordt door de anodebuis uitgevoerd, terwijl de waterstof die bij de kathode wordt geproduceerd, door de kathodebuis wordt uitgevoerd en vervolgens naar het watergasafscheider gaat om gas te vormen.